Рубрика: Трансмиссия

Дифференциалы используют в задних и передних мостах колесных тракторов. Они обеспечивают качение ведущих колес без проскальзывания на поворотах и при движении по неровностям.

Кроме общих, предъявляемых ко всем механизмам требований, дифференциалы должны препятствовать бускованию одного из колес, попавшего на почву со слабыми сцепными свойствами.

По конструкции дифференциалы разделяют на простые (одинарные), двойные, а также конические, цилиндрические червячные.

Наиболее распространены на тракторах простые конические симметричные (с одинаковыми размерами полуосевых шестерен) дифференциалы, которые, вследствие малых внутренних потерь на трение, распределяют подводимый крутящий момент М по полуосям практически поровну.

Пренебрегая КПД, можно записать.

М = М′ + М″; М′ = М″ = 0,5М, (1)

где М′ и М″ — крутящие моменты на левой и правой полуосях.

Если при работе одно из ведущих колес трактора попадает на почву с небольшим коэффициентом сцепления φ′, то касательная сила тяги Р′_φ, а следовательно, и крутящий момент, которые могут быть реализованы этим колесом, ограничены:

М′ = Р′_φr_к = φ′G_кr_к

где G_к — нормальная нагрузка на колесо, принимаемая равной грузоподъемной силе баллона; r_к — радиус качения колеса.

В соответствии с выражением (1) момент на втором колесе, независимо от его коэффициента сцепления с почвой, определяется крутящим моментом на буксующем колесе:

М′ = М″ = φ′G_кr_к

Суммарный крутящий момент на обоих ведущих колесах в этих условиях (М = 2М′) может оказаться недостаточным для движения и трактор остановится.

Для повышения тяговых показателей колесных тракторов применяют дифференциалы повышенного трения, существенно влияющие на распределение крутящего момента по полуосям.

Рис. 1. Схема дифференциала повышенного трения:

а — с тормозом между полуосями; б — фрикционного; в — кулачкового; г — фрикционного с автоматическим включением

На рис. 1, а изображена схема конического дифференциала повышенного трения. Концы полуосей связаны пакетом сжатых дисков. При разных угловых скоростях полуосей диски, поворачиваясь, создают момент трения М_т. Когда одно из колес начинает пробуксовывать и проворачиваться относительно второй полуоси, момент трения препятствует проворачиванию и помогает вращению отстающей полуоси:

М′ = 0,5М — М_т; М″ = 0,5М + М_т.

В результате при повышении трения в дифференциале увеличивается также момент М″, который может быть реализован на небуксующем колесе.

На рис. 1, б показан дифференциал повышенного трения. Внутри разъемного корпуса 1 установлены наборы фрикционных дисков 4. Крестовина 2 сделана в виде двух самостоятельных осей сателлитов 3, которые могут перемещаться одна относительно другой. Корпус 1 дифференциала ведет оси сателлитов через скосы, сделанные под углом β в их верхней части. Торцы полуосевых шестерен 6 упираются в нажимные диски 5. Между последними и корпусом дифференциала установлены фрикционные диски 4.

При равенстве крутящих моментов на полуосях система вращается как единое целое. Если М′ ≠ М″, то полуоси поворачиваются одна относительно другой, наличие скосов на осях 3 вызывает осевые силы, сжимающие диски 4. Поэтому возникающий момент трения М_т пропорционален передаваемому крутящему моменту.

Кулачковые дифференциалы (рис. 1, в) также относятся к дифференциалам повышенного трения. На концах полуосей 7 и 12 вместо шестерен установлены шайбы 8 и 11 с профильными кулачками на торцах. Между кулачками расположены сухари 10, смонтированные в сепараторе 9. К последнему подводится крутящий момент. При относительном поворачивании полуосей сухари, перемещаясь по наклонным плоскостям, нажимают на кулачки другой полуоси, ускоряя ее вращение. Число выступов на торцовых поверхностях шайб должно быть различным.

Кулачки дифференциала могут располагаться в осевом (рис. 1, в) или радиальном (рис. 1, г) направлении.

Червячные дифференциалы, которые также относятся к механизмам повышенного трения, на тракторах распространения, не получили.

Потери на трение в дифференциале оценивают коэффициентом блокировки, представляющим отношение момента трения в дифференциале к подводимому крутящему моменту:

К_б = М_т/М.

Для применяемых дифференциалов К_б = 0,25÷0,4.

Дифференциалы повышенного трения только частично улучшают динамику трактора, не решая проблемы в целом; кроме того, при их установке снижается общий КПД трансмиссии, что является существенным недостатком.

Рис. 2. Схемы дифференциалов:

а — самоблокирующихся; б, в, г — с принудительной блокировкой

На рис. 2 изображены схемы блокирующихся дифференциалов, позволяющих в необходимых случаях передавать весь крутящий момент на небуксующее колесо трактора.

На рис. 2, а показана конструкция самоблокирующегося дифференциала с муфтами свободного хода. На концах полуосей 1 и 5 установлены звездочки 2 и 4, в тангенциальные вырезы которых заложены ролики 6. Снаружи ролики ухватываются корпусом 3. Сепараторы каждого из рядов роликов могут поворачиваться один относительно другого на ограниченный угол, необходимый для расклинивания одного из рядов роликов.

Наклоненные плоскости вырезов звездочек 2 и 4 направлены в противоположные стороны, что обеспечивает работу механизма при переднем и заднем ходе трактора.

Независимо от направления движения буксующее колесо отключается, а отстающее блокируется и весь крутящий момент передается на него. Система работает автоматически, однако ролики быстро изнашиваются, и поэтому такие конструкции на тракторах широкого распространения не получили.

Кроме самоблокирующихся дифференциалов используют простые дифференциалы, снабженные устройствами для принудительного блокирования. Эти устройства, устанавливаемые почти на всех современных тракторах, конструктивно просты, но имеют недостатки: в большинстве случаев включение сопровождается ударом, устройства не являются автоматическими и требуют дополнительного рычага управления. При необходимости блокировать дифференциал полуоси соединяют в единую кинематическую систему.

Наибольшее распространение получили следующие способы блокировки:
1) кулачковой муфтой, смонтированной на шлицах одной из полуосей дифференциала; при включении муфты ее зубья 9 (рис. 2, б) входят в зубья 8 на корпусе дифференциала 7;
2) кулачковой муфтой 11 (рис. 2, в), установленной на дополнительных валах 10 и 12 привода колес, тормозных валах и т.д., которые кинематически связаны с полуосями дифференциала.

На рис. 2, г показана схема дифференциала 16, принудительная блокировка которого производится при помощи блокировочной муфты 15 с гидравлическим сжатием трущихся поверхностей. Маслопроводом 13 муфта соединена с распределителем, установленном на рулевом механизме. При прямолинейном движении трактора масло от распределителя поступает к диафрагме 14, которая сжимает пакет дисков и дифференциал блокируется.

При повороте рулевого колеса на заданный угол распределитель отключает подачу масла к блокировочной муфте и она выключается. При необходимости блокировочное устройство можно отключить специальным краном.

Детали дифференциала монтируют в корпусе, к которому прикрепляют ведомую шестерню центральной передачи. При двух сателлитах часто для увеличения жесткости используют неразъемный корпус, в котором для удобства монтажных работ имеются окна. В этом случае ось сателлитов вставляют с наружной стороны и закрепляют стопорным болтом. Для фиксации сателлитов на оси применяют распорные втулки. При числе сателлитов больше двух корпус дифференциала делают разъемным и соединяют половины заклепками или болтами. Поверхности сателлитов, соприкасающиеся с корпусом, выполняют плоскими или сферическими. В последнем случае сателлиты самоцентрируются при монтаже. Сателлиты со сферической опорной поверхностью требуют высокой точности изготовления, иначе возникают повышенные силы трения, что приводит к быстрому изнашиванию деталей. Для уменьшения трения под торцы сателлитов и полуосевых шестерен устанавливают бронзовые шайбы. С этой же целью в отверстия сателлитов запрессовывают бронзовые втулки.

Установка сателлитов на подшипниках качения на тракторах не практикуется. Для подачи смазки к трущимся поверхностям на осях сателлитов имеются канавки. В дифференциалах рассчитывают сателлиты, полуосевые шестерни и оси сателлитов. По изложенным выше рекомендациям определяют момент М, подводимый к ведомой шестерне центральной передачи и корпусу дифференциала.

Зубья сателлитов и полуосевые шестерни рекомендуется рассчитывать для случая, когда касательная сила тяги реализуется одним колесом, дифференциал заблокирован и весь момент М передается на одно небуксующее колесо (без учета КПД конечной передачи).

Для обеспечения сборки число зубьев полуосевой шестерни должно быть кратным числу сателлитов. Допускаемое напряжение изгиба в зубьях шестерен [σ_и] = 300÷400 МПа. Напряжение смятия на оси сателлита и на опорных поверхностях торцов полуосевых шестерен и сателлитов не должно превышать 70 МПа.

Оси сателлитов изготовляют из цементуемых сталей 20Х, 18ХГТ и 12ХНЗА, твердость после термической обработки HRC 56—63.

Оси сателлитов проверяют на срез при допускаемом напряжении [σ_ср] = 80÷90 МПа. [Конструирование и расчет тракторов. Барский И.Б. 1980 г.]

Похожие материалы

• Дифференциал
• Дифференциалы колесных тракторов

Назначение и классификация. Дифференциалы предназначены для рационального распределения крутящих моментов между ведущими колесами и ведущими мостами трактора путем создания между ними дифференциальных кинематических и силовых связей, обеспечивающих снижение потерь на буксование движителя и исключение циркуляции паразитной мощности в трансмиссии.

Объективные условия движения колесного трактора предопределяют неравные угловые скорости его ведущих колес, обусловленные неодинаковыми путями, проходимыми колесами при движении трактора на повороте и по неровностям опорной поверхности, некоторой разностью радиусов качения колес из-за допусков на изготовление шин и различной степени износа их протектора, несоблюдением соответствия между давлением воздуха в шинах и нормальной нагрузкой на колеса, а также другими причинами.

Неравенство угловых скоростей ведущих колес обеспечивается применением межколесных и межосевых дифференциалов.

При блокированном приводе угловые скорости ведущих колес находятся в заданном соотношении и при одинаковых размерах колес они равны между собой. Поэтому в реальных условиях движения при блокированном приводе происходит рассогласование между окружной скоростью отдельных колес и проходимой ими длиной пути, вследствие чего в контакте колес с опорной поверхностью возникают касательные силы и соответствующие им деформации шин. При этом на ведущие колеса и привод действуют большие нагрузки, что отрицательно влияет на их работоспособность и на экономичность трактора. Поэтому в механических трансмиссиях применяют дифференциалы в приводе ведущих мостов и колес.

В качестве межосевых и межколесных дифференциалов наибольшее распространение в траномивсиях тракторов получили зубчатые, трехзвенные дифференциальные механизмы, схемы которых приведены в таблице.
Схемы трехзвенных дифференциальных трансформаторов, используемых в планетарных коробках передач

В зависимости от требуемого отношения крутящих моментов на выходных валах раздаточной коробкй межосевой дифференциал выполняют симметричным или несимметричным. При этом используют дифференциальные механизмы типов А или Е (см. таблицу).

Значение параметра К для несимметричного межосевого дифференциала выбирают исходя из целесообразного соотношения между крутящими моментами на выходных валах, обеспечивающего наилучшее использование сцепного веса трактора. Полное использование сцепного веса при одинаковых коэффициентах сцепления шины стопорной поверхностью для всех ведущих колес имеет место, если отношение моментов на выходных валах раздаточной коробки равно отношению долей сцепного веса, приходящегося на соответствующие ведущие мосты. Практически указанное равенство соблюдается приближенно:

|р|= z_b/z_a ≈ G_φb/G_φa,

где G_φb, G_φa — сцепной вес, приходящийся на ведущие мосты, соединенные соответственно со звеньями b и а межосевого дифференциала.

Отношение крутящих моментов на выходных валах М_b/М_a для дифференциала определенной конструкции остается практически постоянным, поскольку влияние внутренних сил трения между деталями неблокированного дифференциала незначительно.

Если трактор оказывается в условиях, при которых для одного из ведущих мостов коэффициент сцепления шин с опорной поверхностью меньше, чем для остальных, вследствие постоянства отношения М_b/М_a, касательная сила тяги снижается не только на колесах этого моста, но также и на остальных колесах. Это ухудшает тягово-сцепные качества трактора. Для устранения указанного недостатка дифференциального привода применяют принудительную блокировку дифференциалов или самоблокирующиеся дифференциалы. В раздаточных коробках устанавливают, как правило, простые дифференциалы с принудительной блокировкой.

Наличие блокирующей муфты в простых межосевых дифференциалах является обязательным. В раздаточных коробках с дифференциальным межосевым приводом для дифференциальных механизмов используют цилиндрические и конические зубчатые колеса: цилиндрические — для несимметричных дифференциалов, конические — для симметричных. Межосевой дифференциал должен быть достаточно компактным, чтобы его можно было разместить в радиальных габаритах приводной шестерни, закрепляемой на корпусе дифференциала при помощи болтов или заклепок. Корпуса дифференциалов обычно выполняют из двух частей и соединяют болтами.

Межколесные дифференциалы, как правило, устанавливают совместно с главной передачей. По конструктивному исполнению они могут быть шестеренчатыми, кулачковыми, червячными и с муфтами свободного хода. Для симметричных шестеренчатых дифференциалов предпочтение отдается механизму типа Е (см. табл.).

Рис. 1. Схемы дифференциалов с принудительной блокировкой:

с помощью муфты: а и б — зубчатой; в — фрикционной

Симметричный шестеренчатый дифференциал (рис. 1, а) представляет собой планетарный механизм, который состоит из ведущего звена 1 (водило), полуосевых шестерен 3 и 4 и сателлитов 2. Дифференциал обеспечивает передачу крутящих моментов на колеса, которые вращаются с различными угловыми скоростями при движении на повороте, по неровностям опорной поверхности и при неизбежном различии радиусов качения ведущих колес. [Тракторы. Проектирование, конструирование и расчет. Под общ. ред. И. П. Ксеневича. 1991 г.]

Похожие материалы

• Дифференциал
• Дифференциал колесного трактора

Дифференциал. При повороте колесного трактора (рис. 1, а, б, в, г, д) его колесо, идущее ближе к центру поворота 0, проходит меньший путь, чем колесо, расположенное дальше от центра. Следовательно, внутреннее и наружное колеса за это время сделают различное число оборотов, т.е. будут вращаться с разной частотой.

Рис. 1. Дифференциал:

а — схема поворота колесного трактора; б — дифференциал не заблокирован; в — дифференциал заблокирован; г — устройство; д — схема действия; 1, 14 — валы; 2, 5, 11, 13, 15 — шестерни; 3, 12 — полуоси; 4 — педаль; 6 — ось; 7 — ступица; 8 — неподвижная муфта; 9 — подвижная муфта; 10 — пружина; 16 — сателлиты.

Чтобы ведущие колеса трактора при поворотах могли иметь различную частоту вращения, их устанавливают не на одном общем валу, а на двух самостоятельных, называемых полуосями 3 и 12. На этих полуосях также укреплены ведомые шестерни 11 конечной передачи.

Кроме того, в ступице ведомой шестерни 2 главной передачи установлен специальный механизм — дифференциал, который распределяет крутящий момент между ведущими колесами и обеспечивает при необходимости их вращение с различной частотой.

Устройство. Дифференциал состоит из корпуса (его роль выполняет разъемная ступица 7 ведомой шестерни главной передачи), внутри которого размещены конические шестерни 5 и 15, соединенные валами 14 с ведущими шестернями 13 конечной передачи, и жестко закрепленные оси 6 со свободно сидящими на них небольшими коническими шестернями — сателлитами 16. Сателлиты своими зубьями соединяются с шестернями 5 и 15.

Действие. При вращении вала 1 ведущей шестерни главной передачи крутящий момент передается шестерне 2 с закрепленными в ее ступице осями 6 сателлитов. Сателлиты 16 при этом увлекают за собой шестерни 5 и 15. От этих шестерен вращение через конечную передачу передается на ведущие колеса трактора.
Если сопротивление вращению обеих полуосевых шестерен 5 и 15 одинаково, что бывает при движении трактора по прямой ровной дороге, сила Р передается на зубцы шестерен одинаковыми частями Р/2. Сателлиты при этом не вращаются вокруг осей, а выполняют роль замка, соединяющего обе шестерни.

Если сопротивление увеличится, например, на колесе, получающем вращение через шестерню 5, тогда сателлит 16 начнет вращаться на оси 6 и, перекатываясь по шестерне 5, будет увеличивать частоту вращения шестерни 15. При этом частота вращения шестерни 15 увеличится настолько, насколько уменьшится частота вращения шестерни 5, а передаваемые крутящие моменты на каждое из колес останутся равными. Если шестерню 5 полностью затормозить, то частота ращения шестерни 15 будет в 2 раза больше, чем при движении трактора по прямой.

При движении трактора по прямой дороге с хорошим однородным покрытием сцепление с почвой, частоты вращения и толкающие силы его ведущих колес одинаковы.

Если правое и левое колеса трактора катятся по грунту различной плотности, то вследствие неодинакового сцепления колес с почвой их буксование будет разным, а это приведет к тому, что частота их вращения и развиваемая сила тяги каждого колеса будут различны.

Но так как между колесами установлен дифференциал, уравнивающий передаваемые крутящие моменты, общее тяговое усилие, развиваемое колесами, будет равно удвоенному тяговому усилию колеса, идущего по грунту меньшей плотности.

Устройства для блокировки дифференциала. Дифференциал можно блокировать механически, нажимая на соответствующую педаль, и автоматически.

Механическое устройство состоит из подвижной кулачковой муфты 9 (см. рис. 1, г), установленной на шлицах полуоси 12 левого ведущего колеса, приводимого в движение педалью 4, и неподвижной муфты 8, закрепленной на полуоси 3 правого колеса.

Действие такого устройства заключается в следующем. Когда тракторист нажимает на педаль 4, пружина 10 сжимается, подвижная часть муфты 9 передвигается по шлицам, входит в выемки неподвижной муфты 8 (см. рис. 1, в) и тем самым жестко соединяет обе полуоси в один общий вал. Ведущие колеса трактора при этом могут вращаться только с одинаковой частотой.

При снятии ноги с педали подвижная муфта под действием пружины занимает исходное положение (см. рис. 1, б).

Автоматическое устройство состоит из исполнительного механизма, расположенного на кожухе левого тормоза трактора, и датчика, установленного в системе гидроусилителя рулевого управления.

Рис. 2. Автоматическая блокировка дифференциала:

а — устройство; б — механизм включения; 1 — блокировочный вал; 2 — ведомые диски; 3 — диафрагма; 4 — нажимные диски; 5 — маховичок; 6 — насос; 7 — бак; 8 — редукционный клапан; 9 — кран; 10 — направляющие колеса; 11 — золотник; 12 — рейка; 13 — шарик; 14 — крестовина; 15 — конечная передача; 16 — тросик; 17 — рукоятка.

Исполнительный механизм представляет собой дисковое сцепление, ведомые диски 2 (рис. 2, а) которого соединены с левой ведущей шестерней конечной передачи 15, а нажимные диски 4 через блокировочный вал 1 — с крестовиной 14 дифференциала.

Датчик автоматического устройства состоит из золотника 11 и поворотного крана 9 с маховичком 5. В состав датчика входит также нерегулируемый редукционный клапан 8, поддерживающий в гидросистеме давление 0,7.. 0,8 МПа при температуре масла 40…70 °С.

Действие механизма автоматической блокировки заключается в следующем. При установке маховичка 5 в положение «Включено» во время движения трактора по прямой масло, подаваемое насосом 6, проходит через поворотный кран 9, затем поступает через золотник 11 в исполнительный механизм и начинает давить на диафрагму 3. Диафрагма сжимает между собой диски 2 и 4 и выключает дифференциал из работы.

При повороте направляющих колес 10 трактора на угол больше 8° рейка 12 перемещается вправо или влево (в зависимости от направления поворота), шарик 13 золотника выходит из углубления в рейке, золотник поднимается и соединяет внутреннюю полость крана 9 со сливным отверстием. Через это отверстие масло из напорной магистрали и полости диафрагмы направляется в бак 7, в результате чего происходит разблокирование дифференциала.

Управление маховичком 5 (см. рис. 2, б) производится рукояткой 17, установленной в кабине трактора, через тросик 16. Рукоятка 17 имеет три положения: I — рукоятка впереди — блокировка выключена; II — рукоятка сдвинута назад — автоматическая блокировка; III — рукоятка выдвинута назад до отказа — принудительная блокировка.
Если маховичок 5 поставить в положение «Выключено», кран 9 встанет так, что напорная масляная магистраль отключится от полости диафрагмы и она соединится со сливной магистралью. Автоматическую блокировку целесообразно применять при скоростях движения трактора не выше 10 км/ч. При работе трактора на транспортных скоростях заблокированный дифференциал значительно ухудшает маневренность трактора, что может привести к аварии.

Самоблокирующийся дифференциал. На передних ведущих колесах устанавливаются самоблокирующиеся дифференциалы, которые при прямолинейном движении трактора в отличие от обычных дифференциалов могут обеспечивать передачу па ведущие колеса крутящих моментов различных по величине. При этом, как было показано выше, повышается тяговое усилие трактора.

Конструкции самоблокирующихся дифференциалов бывают различными. В качестве примера рассмотрим применяемую на универсально-пропашных тракторах.

Устройство. Дифференциал состоит из двух корпусов 10 и 11 (рис. 3, а, б), соединенных между собой болтами.

Рис. 3. Самоблокирующийся дифференциал:

а — схема действия; б — устройство; 1, 2, 5 — шестерни; 3 — оси; 4 — сателлиты; 6 — чашки; 7 — ведущие диски; 8 — ведомые диски; 9 — полуоси; 10, 11 — корпуса; 12 — дифференциал не заблокирован; 13 — дифференциал заблокирован.

Внутри корпусов размещены четыре сателлита 4, посаженные на двух осях 3, две полуосевые шестерни 5 и два комплекта фрикционных дисков ведущих 7, имеющих наружные зубья, соединенные с внутренними зубьями корпусов 10 и 11, и ведомых 8, внутренними зубьями, соединенными с наружными зубьями ступиц полуосевых шестерен 5. Вместе с ведомыми дисками на ступицы шестерен 5 установлены нажимные чашки 6. Внутренние шлицы ступиц шестерен 5 соединяются с полуосями 9. Особенность данного дифференциала — наличие плавающих осей 3 сателлитов, которые могут перемешаться одна относительно другой. Для этой цели на концах осей сделаны скосы.

Действие. В том случае, если передний мост трактора не включен, дифференциал не заблокирован (см. рис. 3, б, I), он работает как обычный дифференциал.

После включения переднего моста в работу оси сателлитов под нагрузкой перемещаются по пазам — скосам (см. рис. 3, б, II) в корпусах 10 и 11 на величину зазоров между фрикционными дисками 7 и 8. От осей 3 усилие передается на сателлиты 4, которые при этом нажмут на чашки 6, а те, в свою очередь, сожмут диски 7 и 8 до упора в стенки корпусов.

При этом крутящий момент, подведенный шестерней 2, будет передаваться не только через зубья сателлитов, но и за счет сил трения между сжатыми дисками. При этом моменты, передаваемые зубьями сателлитов и полуосевых шестерен, окажутся одинаковыми, а моменты, передаваемые за счет трения, могут отличаться один от другого в зависимости от сцепления правого колеса с почвой.
При поворотах трактора с включенным передним мостом, когда внешние силы превысят силы трения между дисками 7 и 8, они будут пробуксовывать, не мешая повороту. [Трактор. Семенов В.М., Власенко В.Н. 1989 г.]

Похожие материалы

• Дифференциал колесного трактора
• Дифференциалы колесных тракторов